Трёхмерные облака точек раскрывают структурную сложность лесов

Структурно сложные леса увеличивают биоразнообразие, запасы углерода и помогают лесам адаптироваться к изменению климата. Структура леса — это трёхмерное распределение деревьев в пространстве, на которое влияют генетика отдельных деревьев, соседние деревья, доступность света и воды, а также возможные повреждения. На структуру также влияет лесопользование, и её объективная оценка — необходимое условие для её улучшения.

Традиционно структурную сложность оценивали, измеряя отдельные параметры деревьев и рассчитывая на их основе специальные индексы. Однако трёхмерные облака точек, создаваемые методами дистанционного зондирования, позволяют провести более комплексную оценку.

Бокс-размерность, основанная на фрактальном анализе, — это метод измерения структуры и структурной сложности деревьев. Он интегрирует все данные облака точек в одно число, которое определяется расчётом количества "боксов" (ячеек), необходимых для покрытия всех точек дерева, и того, как это число меняется с изменением размера боксов. Бокс-размерность одновременно учитывает несколько структурных параметров: плотность и распределение биомассы, размеры кроны и характер ветвления. Она также помогает понять связь между структурой и функцией дерева, так как предыдущие исследования связывали её с продуктивностью и условиями роста.

Поскольку бокс-размерность нельзя проверить традиционными методами, важно понимать, как значения структурной сложности, полученные разными методами дистанционного зондирования, соотносятся друг с другом. Исследование, опубликованное в журнале Forests, сравнило возможности наземного лазерного сканирования и съёмки с беспилотного летательного аппарата (БПЛА) для измерения структурной сложности деревьев сосны обыкновенной с помощью бокс-размерности.

Выборка из более чем 2000 деревьев показала значительную разницу между методами. В среднем БПЛА давал значения структурной сложности на 5% выше, чем наземное сканирование. Различия объясняются количеством и распределением точек в облаках, оценённой высотой деревьев и количеством необходимых боксов. Тем не менее, значения, определённые по обоим наборам данных, были схожи, а корреляция между ними составила 75%.

Съёмка с БПЛА — постоянно развивающаяся область, и в будущем она может стать более эффективным способом оценки структурной сложности деревьев на больших лесных территориях. Однако на данный момент наземное лазерное сканирование даёт более точные результаты при изучении структурной сложности отдельных деревьев, поскольку обеспечивает более детальные данные.